CH644748A5

CH644748A5 - Sehnen- und/oder baenderersatzmaterial.

Info

Publication number: CH644748A5
Application number: CH427880A
Authority: CH
Inventors: Vet Arnold Prof Dr Med Mueller; Gerhard Prof Dr Ing Broeckel
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1980-06-03
Filing date: 1980-06-03
Publication date: 1984-08-31
Also published as: ATE4773T1; US4345339A; EP0041111B1; EP0041111A3; ES8400236A1; DE3161005D1; EP0041111A2; ES501305A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Sehnen- und/oder Bänderersatzmaterial zur Implantation in tierische oder menschliche Körper, bestehend aus einer Anzahl im wesentlichen in Längsrichtung des Ersatzmaterials verlaufender Fäden.

Der Begriff «Faden» soll im vorliegenden Fall alle linien-förmigen Gebilde aus natürlichen Garnen, Chemiefasern, Metallen, Kohlenstoff und gegebenenfalls keramischen Werkstoffen und Mineralien umfassen. Die Auswahl der als Faden verwendeten Stoffe erfolgt - wie auch bei anderen Körperimplantaten - in erster Linie aufgrund biologischmedizinischer Brauchbarkeit und weiterhin aufgrund der mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und/oder Elastizität.

Bekanntlich setzen sich natürliche Bänder und Sehnen aus einer Vielzahl von Einzel- oder Sehnenfasern zusammen, von denen jede von einem bestimmten Ursprungsort zu einem exakt entsprechenden Ansatzpunkt zieht. Bei einer Bewegung behalten die entsprechenden Insertionsflächen ihren mittleren Abstand bei und verändern ihre Neigung zueinander; das bedingt eine gewisse Verschieblichkeit der Fasern gegeneinander. Da diejenigen Fasern, die an den entferntesten Punkten der einen Ansatzfläche ihren Ursprung haben, an den nächstliegenden Punkten der anderen ansetzen, hat das zur Folge, dass der Faserverband in seinem Verlauf eine Drehung um die Längsachse beschreibt.

Dieser schwierige, jedoch sehr widerstandsfähige biologische Aufbau lässt sich mit technischen Mitteln nicht in gleicher Weise nachahmen. Eine gute Annäherung daran sollte sich jedoch ergeben, wenn das künstliche, aus alloplastischen Werkstoffen gefertigte Ersatzband einen runden Aufbau mit einer vom Kern nach aussen zunehmenden Elastizität hat.

Neben dem Ersatz von Sehnen und Bändern aus körpereigenem Gewebe sind bereits eine Vielzahl alloplastischer Stoffe, wie Stahldrähte, Kunststoff-, Seiden- oder Kohlen-stoffäden, in der Form von Tauen oder Geweben als Ersatz für zerrissene Bänder eingesetzt worden (DE-OS 2 836 921). Diese bisherigen Ersatzbänder unterscheiden sich von den natürlichen Bändern vor allem durch eine gewisse Dehnbarkeit in Längsrichtung; darüber hinaus ist es bisher nicht gelungen, den Abrieb in tolerierbaren Grenzen zu halten, der bei der geschilderten Verschiebung der einzelnen «Fasern» gegeneinander entsteht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein in Längsrichtung weitgehend unelastisches künstliches Band zu schaffen, bei dem der Abrieb auf ein Minimum reduziert ist und das darüber hinaus die erwähnte Forderung eines runden Aufbaues mit einer nach aussen zunehmenden Elastizität möglichst weitgehend erfüllt-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Ersatzmaterial aus mindestens einem runden Strang besteht, in dem ein Kernfaden von mindestens einem Kranz aus Mantelfäden geringeren Durchmessers umgeben ist, dass ferner jeder einzelne Faden in einem relativ zu ihm beweglichen textilen Schlauch verläuft und dass schliesslich alle Fäden des Stranges von einer textilen Aussenhülle umschlossen sind.

Durch die Einbettung jedes Fadens in einen textilen Schlauch, der vorzugsweise aus einem Geflecht aus Naturseide bestehen kann, wird Abrieb an den einzelnen Kern-und Mantelfäden vermieden; durch geeignete Wahl des Fadenmaterials ist es weiterhin möglich, die Bänder in Längsrichtung für die auftretende Belastung unelastisch auszubilden. Beispielsweise können die Fäden vorteilhafterweise in einem Draht aus einem Metall oder einer Metallegierung mit Durchmessern von 0,1 bis 1 mm für die Kern- und von 0,05 bis 0,5 mm für die Mantelfäden bestehen.

Der Aufbau aus einzelnen relativ dünnen Fäden gewährleistet dabei trotz der unelastischen Fäden in Längsrichtung eine grosse Biegeelastizität des Ersatzmaterials und die besonders bei Stressbelastungen notwendige Dehnbarkeit vorwiegend in Richtung senkrecht zur Längsachse.

Ein rotationssymmetrischer, konzentrischer Aufbau des Stranges aus einem Kernfaden und diesen umgebenden Mantelfäden, die geringere Durchmesser als der Kernfaden haben, sichert die geforderte, nach aussen zunehmende Elastizität.

Eine Möglichkeit für die Verwirklichung von stärkeren Ersatzmaterialien mit nach aussen zunehmender Elastizität besteht darin, das Ersatzmaterial aus einem Strang mit mehr als einem Mantel um den Kern zu fertigen und dabei die Durchmesser der Mantelfäden vom Kern nach aussen von Kranz zu Kranz abnehmen zu lassen; dabei ist es zusätzlich möglich, zwischen den einzelnen Kränzen der Mantelfäden . textile Hüllen vorzusehen.

Die geforderten Eigenschaften können bei der Schaffung von Ersatzmaterialien für stärkere Belastungen aber auch erreicht werden, wenn zum Aufbau stärkerer Ersatzmateria-

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lien ein Strang als Moduleinheit für ein Kabel dient, wobei die einzelnen Moduleinheiten ebenfalls nach dem Prinzip eines von mindestens einem Mantel umgebenden Kerns angeordnet und in einer gemeinsamen textilen Kabelhülle zusam-mengefasst sind; dabei ist es zweckmässig, gegebenenfalls in dem oder den Kränzen des Mantels eine unterschiedliche Anzahl, beispielsweise 3 bis 6 Stränge, unterzubringen. Es ist jedoch auch möglich, unterschiedliche Stränge für den Aufbau von Kernstrang und Mantelsträngen des Kabels zu verwenden. Beispielsweise kann als Kernstrang ein Strang eingesetzt werden, der selbst mehrere Kränze von Mantelfäden um seinen Kern herum besitzt, während als Mantelstränge mit nur einem Kranz mit Mantelfäden ausgerüstete Stränge dienen.

In gleicher Weise können bei Ersatzmaterialien, die extremen Belastungen ausgesetzt sind, wiederum mehrere Kabel in dem geschilderten Kern/Mantel-Aufbau zusammengesetzt werden, wobei die nach aussen zunehmende Elastizität z.B. dadurch erreicht werden kann, dass als Kern ein Kabel mit einer hohen Anzahl von Strängen in seinem Mantel und als Mantel Kabel mit weniger Strängen in ihren Mänteln benutzt werden.

In Anlehnung an die eingangs erwähnte Drehung um die Längsachse, die der natürliche Faserverband in seinem Verlauf ausführt, kann es schliesslich vorteilhaft sein, wenn die Mantelfäden und/oder Mantelstränge bzw. -kabel schraubenförmig um ihren Kern gewunden sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Stranges im Querschnitt;

Fig. 2 ist, ebenfalls im Querschnitt, eine zweite Ausführungsform für einen Strang;

Fig. Ja bis 3d geben, wiederum im Querschnitt, die Zusammenfassung von Strängen zu Kabeln wieder, wobei bei den einzelnen Kabeln in den den Kern umhüllenden Mänteln eine unterschiedliche Anzahl Stränge untergebracht ist;

Fig. 4 stellt im Querschnitt ein Band dar, zu dem mehrere Kabel vereinigt sind;

Fig. 5 ist eine Aufsicht auf eine Ausführungsform eines Verankerungselementes für die Befestigung eines Bandes an einem Knochen, während

Fig. 6 der Schnitt VI-VI von Fig. 5 ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 besitzt ein in seiner Gesamtheit mit I bezeichneter Strang einen Kernfaden 2, der in diesem Fall in einem Metalldraht aus einer in der Implantattechnik üblichen Metallegierung, beispielsweise einer CoNiCrMoTi-Schmiedelegierung, besteht. Um den Kernfaden 2 herum sind in einem Kranz Mantelfäden 3 aus der gleichen Legierung konzentrisch und rotationssymmetrisch angeordnet. Diese Mantelfäden 3 sind - was aus der Zeichnung nicht ersichtlich ist - mit Vorteil leicht seilartig verwunden, d. h. die Mantelfäden 3 verlaufen in Längsrichtung schraubenförmig um den Kernfaden 2 herum.

Jeder einzelne Faden 2 bzw. 3 steckt in einem textilen Schlauch 4, durch den, wie bereits erwähnt, ein Abrieb an den die Belastungen aufnehmenden Drähten bzw. Fäden 2, 3 bei den zwischen den einzelnen «Fasern» des Bandes oder des Stranges auftretenden relativen Längsverschiebungen verhindert oder zumindest vermindert wird.

Die in ihren Schläuchen 4 verlaufenden Kern- und Mantelfäden 2 bzw. 3 sind als Ganzes von einer Aussenhülle 5 umschlossen, durch die ihr mechanischer Zusammenhalt und die relative Lage der Mantelfäden 3 auf dem Umfang des Kranzes gewährleistet werden.

Die Ausführungsform eines Stranges 7 nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. I lediglich dadurch, dass der Kernfaden 2 von zwei Kränzen aus Mantelfäden 3

bzw. 6 umgeben ist, wobei der Durchmesser der Mantelfäden 3 grösser ist als derjenige der Mantelfäden 6 des äusseren Kranzes. Der Zusammenhalt des Stranges 7 ist auch hier durch eine Aussenhülle 5 sichergestellt, wobei zur geometrischen Fixierung der Mantelfäden in den einzelnen Kränzen zusätzliche Hüllen 11 zwischen den Kränzen der Mantelfäden 3 bzw. 6 vorgesehen sein können; diese zusätzlichen textilen Hüllen erleichtern und vereinfachen vor allem das erwähnte Verseilen der Mantelfäden um den Kern herum.

Die Durchmesser des Kernfadens 2 können beispielsweise zwischen 0,1 und 1 mm betragen, während die Mantelfäden 3 bzw. 6 Durchmesser zwischen 0,05 und 0,5 mm haben. Die Abstimmung zwischen dem Durchmesser des Kernfadens 2 und denjenigen der ihm im Einzelfall zugeordneten Mantelfäden 3 bzw. 6 erfolgt dabei so, dass die Durchmesser der Fäden vom Kern nach aussen von Kranz zu Kranz (Fig. 2) abnehmen, um die Elastizität des Stranges des daraus gebildeten Ersatzmaterials gemäss den eingangs erwähnten Forderungen von innen nach aussen zu steigern.

Die Schläuche 4 und die Aussenhülle 5 sind beispielsweise ein Hohlgeflecht, wobei die der deutlichen Darstellung wegen mit grossen Abständen gezeichneten einzelnen Flechtfäden auch so dicht wie möglich gepackt sein können; die Dichte des Geflechtes kann dabei im Kern wiederum grösser sein als bei den Mantelfäden und bei der Aussenhülle. Als bevorzugtes Material für die textilen Schläuche 4 oder Aus-senhüllen 5 dient Naturseide.

Obwohl bereits ein Strang 1 bzw. 7 als Bänder- oder Sehnenersatzmaterial direkt zu verwenden ist, ist es auch möglich, die Stränge 1 bzw. 7 als Moduleinheiten für den Aufbau eines Ersatzmaterials mit höherer Belastungsfähigkeit zu benutzen. Wie in Fig. 3 gezeigt, bildet dabei beispielsweise ein Strang 7 den Kernstrang eines Kabels 8, den Stränge 1 als Mantelstränge konzentrisch und rotationssymmetrisch umgeben, wobei in dem Mantelkranz drei, vier oder mehr - je nach Durchmesserunterschied zwischen den Strängen 7 und 1, beispielsweise bis zu acht - Stränge angeordnet sein können. Die geforderte nach aussen zunehmende Elastizität ist dabei beispielsweise durch die Verwendung eines steiferen Stranges 7 als Kernstrang und von elastischeren Strängen 1 als Mantelstränge gewährleistet, wobei die Elastizität der äusseren Bereiche durch eine verschieden grosse Anzahl der in einem Kranz vorgesehenen Stränge 1 in gewissem Umfang variiert werden kann. Je weniger Stränge 1 dabei in einem Kranz angeordnet werden, um so grösser ist dabei aussen die Elastizität. In Fig. 3 sinkt dabei die Elastizität aussen stufenweise von Fig. 3a-3d.

Jedes Kabel 8 ist dabei durch eine Kabelhülle 9 zu einer Einheit zusammengefasst, die wiederum aus einem Naturseidengeflecht besteht.

Selbstverständlich können - wie bei den Strängen - auch Kabel aus einem Kernstrang und zwei oder mehreren Kränzen Mantelsträngen zusammengefügt werden.

Für Ersatzmaterialien, die extremen Belastungen ausgesetzt sind, lassen sich wiederum mehrere Kabel 8 zu einem Bandersatzmaterial vereinigen, wobei als Kernkabel beispielsweise ein Kabel 8d nach Fig. 3d verwendet wird, während die Mantelkabel aus Kabeln 8a nach Fig. 3a gebildet sind, wie dies Fig. 4 zeigt. Zusammengehalten wird auch dieses Band durch ein Naturseidegeflecht als textile Umhüllung 10.

Als Beispiel einer Verankerung eines Endes des Ersatzmaterials am Knochen ist nach Fig. 5 und Fig. 6 eine Platte 17 vorgesehen, die mit einem Zapfen 15 durch die kortikale Schicht 16 in die Spongiosa 21 eingelassen und durch eine oder mehrere Schrauben 18 auf der kortikalen Schicht 16 befestigt ist. Auf diese Platte 17 ist ein Decket 19 gesetzt und durch Schrauben 20 gehalten. Die Platte 17 und der Deckel

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19 bilden zusammen zwei pollerartige Pfosten, wie sie zum Vertäuen von Schiffen an Landungsstegen bekannt sind. Wie Fig. 5 zeigt, wird ein zu befestigendes Band 1 einfach um diese Pfosten geschlungen und durch Anziehen der den Deckel 19 auf die Platte 17 ziehenden Schrauben 20 festgeklemmt.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, insbesondere nicht hinsichtlich der ausgewählten Materialien und hinsichtlich der skizzierten Verankerung des künstlichen Bandes s am Knochen.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Sehnen- und/oder Bänderersatzmaterial zur Implantation in tierische oder menschliche Körper, bestehend aus einer Anzahl im wesentlichen in Längsrichtung des Ersatzmaterials verlaufender Fäden, dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial aus mindestens einem runden Strang (1, 7) besteht, in dem ein Kernfaden (2) von mindestens einem Kranz aus Mantelfäden (3) geringeren Durchmessers umgeben ist, dass ferner jeder einzelne Faden (2, 3) in einem relativ zu ihm beweglichen textilen Schlauch (4) verläuft und dass schliesslich alle Fäden (2, 3) des Stranges (1,7) von einer textilen Aussenhülle (5) umschlossen sind.

2. Sehnen- und/oder Bänderersatzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbau stärkerer Ersatzmaterialien ein Strang (1,7) als Moduleinheit für ein Kabel (8) dient, wobei die einzelnen Moduleinheiten ebenfalls nach dem Prinzip eines von mindestens einem Mantel umgebenen Kernes angeordnet und durch eine gemeinsame textile Kabelhülle (9) zusammengefasst sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Sehnen- und/oder Bänderersatzmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein solches Ersatzmaterial aus mehreren Kabeln (8) mit unterschiedlicher Anzahl von Strängen (1,7) aufgebaut und von einer gemeinsamen textilen Umhüllung (10) umgeben ist.

4. Sehnen- und/oder Bänderersatzmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schläuche (4), die Aussenhüllen (5), die Kabelhüllen (9) und/ oder die Umhüllungen (10) aus Geflechten bestehen.

5. Sehnen- und/oder Bänderersatzmaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material für die textilen Schläuche (4), Aussenhüllen (5), Kabelhüllen (9) und Umhüllungen (10) Naturseide ist.

6. Sehnen- und/oder Bänderersatzmaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche aus Strängen (7) mit mehr als einem Kranz Mantelfäden (3, 6), dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser der Mantelfaden (3, 6) vom Kern (2) nach aussen von Kranz zu Kranz abnehmen.

7. Sehnen- und/oder Bänderersatzmaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfäden (3,6) und/oder Mantelstränge (1) bzw. -kabel (8a) schraubenförmig um ihren Kern (2, 7, 8d) gewunden sind.